| Caminhão guindaste trabalha em terreno de extração de nióbio em Araxá (MG): tesouro nacional |
Belo Horizonte ; O alto nível de concorrência na indústria brasileira incentiva a busca pela melhoria dos produtos ofertados aliada à redução de custo de produção. O barateamento do processo pode passar pela elaboração de novas tecnologias produtivas. Nesse sentido, uma equipe da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (PUC Minas) conseguiu importantes avanços no melhoramento das ligas metálicas. O grupo avalia os efeitos do uso nióbio no lugar do molibdênio para a produção do ferro fundido nodular austemperado (ADI, na sigla em inglês). O objetivo é aumentar propriedades como resistência ao desgaste, impacto e tração, além de reduzir gastos na aquisição desse elemento.
O ADI é um importante material de engenharia, devido às suas propriedades mecânicas, como boa ductilidade (capacidade de deformar sem se romper), elevada resistência contra desgaste e a fadiga e alta tenacidade à fratura (quanto maior a tenacidade, maior a capacidade do material em absorver energia sem rompimento). ;Em razão de suas propriedades mecânicas, o ADI está sendo usado em estruturas, equipamentos da construção civil e componentes automotivos, ferroviários e da mineração;, explica o orientador do trabalho e professor da PUC, Pedro Paiva Brito.
O ferro fundido se tornou um metal popular, largamente aplicado na produção industrial graças ao baixo custo (20% a 40% menor do que o aço) e à vasta gama de propriedades mecânicas desejáveis, como a boa fundibilidade, propriedade de usinagem conveniente e melhor resistência ao desgaste. Na busca por melhorar as propriedades mecânicas dos ferros fundidos nodulares, utiliza-se a adição de elementos de ligas. Entretanto, essa técnica pode onerar o processo, devido aos altos valores desses elementos, como o manganês, o cromo, o boro e o molibdênio, entre outros.
O estudo que buscou avaliar os efeitos da troca do molibdênio pelo nióbio no ADI, com vistas a melhorar as propriedades de resistência ao desgaste, impacto e tração, além de reduzir gastos na aquisição desse elemento, foi fruto do trabalho de conclusão de curso de engenharia mecânica com ênfase em mecatrônica dos alunos Arthur Figueiredo Silva, Klaus Higor dos Santos Silva e Tomás Antônio Mourão Lerbach.
Eles focaram o nióbio por esse ser um material no qual o Brasil é líder em reservas mundiais ; detém 98,19% do metal ;, seguido pelo Canadá, com 1,35%; e da Austrália, com 0,46%. O país, dessa forma, é o maior produtor mundial da substância, representando 97,9% do total. Os estados que se destacam são Minas Gerais (91%) e Goiás (9%). Por outro lado, oficialmente, não há produção de molibdênio em minas brasileiras.
Testes
Para fazer os testes práticos, o trio de estudantes, orientado pelo professor Brito, encomendou a fabricação de amostras de ferro fundido nodular contendo 0,3% molibdênio e outras peças com 0,3% de nióbio. Assim, pôde avaliar os efeitos da substituição de um material pelo outro na microestrutura e verificar como ficariam as propriedades mecânicas do ADI.
O ferro fundido austemperado é obtido a partir do processo de tratamento térmico de austêmpera de aços. A técnica é frequentemente aplicada em anéis elásticos, pinos elásticos, alguns tipos de molas e peças pequenas, que necessitem dessa boa tenacidade. Nos testes feitos pelos alunos da PUC Minas, as ligas foram austemperadas a temperaturas de 270;C, 290;C, 320;C, 350;C e 400;C durante tempos de um, três, cinco, sete, 10, 15, 30 e 60 minutos. As amostras foram submetidas a ensaios de dureza para determinação das curvas de transformação isotérmica.
Amostras produzidas a 320;C por diversos tempos foram submetidas a exame por difração de raios X para acompanhamento da evolução da fração das fases durante o tratamento de austêmpera. Feita em microscópio eletrônico, essa análise consiste em emitir partículas contra o material, que as reflete em diferentes ângulos. De acordo com o grau de reflexão, define-se a quantidade de um determinado elemento no material. A caracterização da microestrutura e de propriedades mecânicas das amostras austemperadas a 320;C foi efetuada pela aplicação de microscopia óptica convencional, ensaios de tração, impacto e pino sobre disco. ;É um trabalho que leva tempo;, pondera Brito.
Resistência
Segundo Tomás Lerbach, com os testes, foi possível concluir que, ;em termos de propriedades mecânicas, a adição de molibdênio provocou uma queda na resistência à tração do material austemperado de aproximadamente 1.250 megapascal (MPa) para 1.000MPa na liga com nióbio. Contudo, houve melhora no alongamento máximo, saindo de 12% para 14% com a nova mistura. ;Esse alongamento é medido no ensaio de tração, em que esticamos as duas ligas para medir até onde elas vão antes de romper. Quanto mais esticar, melhor;, esclarece Klaus Silva.
Um outro ensaio, o de Charpy (em que um corpo de prova tem um entalhe central e é apoiado em ambas as extremidades), revelou a similaridade entre as ligas na absorção de energia, com uma faixa de crescimento de tenacidade próxima uma da outra ao aumento da temperatura;, afirma Lerbach. ;A substituição nas composições químicas avaliadas é possível, com vantagem para as propriedades mecânicas das ligas de nióbio;, completa.
98,19%
do nióbio existente no mundo está no subsolo brasileiro
Vantagens
O preço médio da liga ferro com nióbio, em 2008, foi de aproximadamente US$ 33 mil a tonelada. Já a liga com molibdênio ultrapassou a barreira de US$ 73 mil a tonelada. De acordo com a disponibilidade do nióbio no Brasil e a necessidade de importação do molibdênio, a possibilidade de utilização do nióbio se torna cada vez mais interessante.